SE515106C2 - Elkopplare för åstadkommande av en snabb kortslutning samt en användning av en sådan elkopplare - Google Patents

Description

25 30 35 5-15 106 DJ v c .UÜÖÜÛ n u-uqoø effektbrytare som kopplar bort den matande spänningen. De effektbrytare som vanligen används i ställverk av ovannämnda slag är dock inte tillräckligt snabba för att begränsa trycket, vars maximum normalt uppträder inom 10-30 ms. Det är därför vanligt att sädana ställverk förses med tryckav- lastningsanordningar i form av avlastningskanaler, automa- tiskt öppningsbara luckor etc. Detta innebär dock att ställ- verket blir dyrare och kräver större utrymme.

Genom exempelvis DE-A-2623 816 är det tidigare känt att vid gasisolerade, metallkapslade ställverk använda en snabb jordningskopplare för att släcka en felljusbäge mellan en högspänningsledare och den jordade kapslingen, för att pä sä sätt eliminera risken för att ett farligt övertryck byggs upp. Den beskrivna jordningskopplaren är av enfas-utförande och manövreras av en inbyggd sprängladdning, vars tändning initieras av en av ljusbägen päverkbar sensor. En nackdel med en sädan jordningskopplare är att den efter en enda manöver mäste helrenoveras eller bytas ut.

För begränsning av kortslutningsströmmen i ett högspännings- nät är det genom SE-B-301 517 tidigare känt att använda en snabbslutande jordningskopplare, som uppges ha förmagan att kunna jorda en högspänningsledning inom en tid av 5 ms eller mindre efter kortslutningsströmmens uppträdande. Denna jord- ningskopplare är enfasigt utförd och manövreras med tryck- luft av högt tryck, t ex 30 bar. En sädan konstruktion är inte praktiskt användbar i moderna lag- och mellanspännings- ställverk.

Det är tidigare känt att säsom energiackumulator i manöver- don för brytare använda torsionsstavfjädrar (se t ex DE-C-673 315 och SE-B-455 449). En fördel med fjädrar av detta slag är att de möjliggör ett snabbt energiuttag, eftersom en torsionsstavs massa är koncentrerad nära vridningsaxeln, vilket gör att stavens tröghetsmoment är litet. Hittills kända elkopplare med manöverfjädrar av .nano 10 l5 20 25 30 35 515 106 uno-a» ocouco n ooh-uu torsionstyp är av enfas-utförande, vilket innebär att vid användning i ett trefasnät erfordras tre separata enheter.

Det därav betingade relativt stora utrymmesbehovet samt kontaktarrangemanget etc hos dessa elkopplare gör att de inte kan användas i ställverk av ovannämnda slag för att vid ljusbägsfel ästadkomma en snabb kortslutning av de tre fas- ledarna mot jord.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Ändamålet med föreliggande uppfinning är att ástadkomma en elkopplare, s k snabbslutare, som snabbt kan kortsluta ett flertal ledare, t ex tre fasledare mot jord. Snabbslutaren skall klara bade hög spänning och hög ström och kunna fungera flera gänger. Den skall dessutom ha en relativt enkel och kompakt uppbyggnad, som möjliggör placering i konventionella luftisolerade inomhusställverk. Detta uppnås enligt uppfinningen med en elkopplare som uppvisar de i patentkrav l angivna kännetecknen.

Snabbheten hos slutaren ästadkommes genom att med en elekt- riskt styrd spärr utlösa den erforderliga manöverenergin i en förspänd torsionsfjäder pä vilken radiellt utgäende kortslutande kontaktarmar är fästa, antingen direkt eller via ett pä fjädern fäst strömledande rör. I öppet kontakt- läge är kontaktarmarna belägna mitt emellan fasta kontakter vilka är avsedda att anslutas till de faser som skall kort- slutas elektriskt.

De fasta kontakterna är lämpligen försedda med självfjäd- rande eller av fjädrar päverkade kontaktelement, vilka bildar kilformade spar, i vilka de kortslutande kontakt- armarna löper in vid en kontaktslutning.

Säväl de fasta som rörliga kontakterna kan vara försedda med skärmar för elektrisk fältutjämning sä att isolationsavstän- den mellan kontakterna i öppet läge kan minskas. Kontakt- 10 15 20 25 30 35 515 106 arrangemanget kan av samma skäl vara placerat i en cylinder- formad kavitet med ett gasformigt isolationsmedium.

Snabbslutaren kan äterställas genom att spänna torsions- fjädern med t ex en momentnyckel eller ett motordrivdon.

Genom en lämplig vidareutveckling av uppfinningen kan man öka slutarens förmäga att bära stora strömmar utan att minska dess snabbhet. Detta ästadkommes genom att använda tvä koaxiellt anordnade torsionsfjädrar i form av en pinne i ett rör där den ena fjädern förspännes med t ex en moment- nyckel eller motordrivdon. Den andra fjädern förspännes medelst en klack av den förstnämnda sä att bäda fjädrarna i förspänt läge är i mekanisk kontakt med varandra. Pä de bada fjädrarna är radiellt utgäende kortslutande kontaktarmar fästa, antingen direkt i fjädrarna eller via pä fjädrarna fästa strömledande rör. Genom att förse den torsionsfjäder som spänner den andra med förhällandevis lätta kontaktarmar och den senare med tyngre och mer strömtäliga kommer de lättare kontaktarmarna att först nä de fasta kontakterna dä slutaren utlöses med en elektriskt styrd spärr. Denna utformning gör det möjligt att oberoende av varandra inom vissa gränser välja snabbhet och strömtälighet genom att dimensionera fjädrarna med tillhörande kontaktarmar var för sig.

En snabbslutare enligt uppfinningen är speciellt lämplig för användning säsom ljusbägseliminator i ett luftisolerat inom- husställverk, eftersom den kan utföras med sä kort sluttid, att det vid en felljusbäge alstrade övertrycket begränsas till en för kapslingen ofarlig nivä. Ställverket behöver därigenom inte förses med nägra tryckavlastningsanordningar. 10 15 20 25 30 35 515 106 ..

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall närmare förklaras genom beskrivning av utföringsexempel med hänvisning till bifogade ritningar, där fig 1 visar schematiskt i ändvy kontaktsystemet hos en första utföringsform av en enligt uppfinningen ut- förd snabbslutare i öppet läge, fig 2 visar schematiskt snabbslutaren enligt fig 1 i axialsnitt, varvid övre resp nedre delen av kon- taktsystemet visas i öppet resp slutet läge, fig 3 visar pä liknande sätt som i fig 2 en andra utföringsform av en enligt uppfinningen utförd snabbslutare, och fig 4 och 5 visar pä samma sätt som i fig 1 och 2 en tredje utföringsform av en sädan snabbslutare.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL Den i fig 1 och 2 visade snabbslutaren har ett för fast montering avsett apparathus 10 i form av en cirkulàrcylind- risk hälcylinder med en cylindervägg 11 och ändgavlar 12, 13. Appparathuset kan vara utfört av elektriskt isolerande material. Axiellt genom huset 10 sträcker sig en stavformad torsionsfjäder 14, pà vilken en stjärnformad kontaktplatta 17 är fäst. Kontaktplattan 17 uppvisar tre radiellt utgäende kortslutande kontaktarmar 18, som är vinkelförskjutna 1200 i (fig 1) är kontaktarmarna belägna mitt emellan fasta kontakter 21, förhällande till varandra. I öppet kontaktläge vilka sträcker sig genom apparathusets cylindervägg 11 och uppbärs av denna. De fasta kontakterna 21 är avsedda att anslutas till var sin fasledare i det trefasnät som skall kortslutas. 10 15 20 25 30 35 .515 106 . .. c OI I o! I voouno sou-co De fasta kontakterna är försedda med fjädrande kontakt- tungor, som mellan sig bildar kilformade spär 23, i vilka de kortslutande kontaktarmarna 18 löper in vid en kontaktslut- ning (fig 2).

Torsionsstavfjädern 14 är i sin ena ände, t ex genom bom- förband (splines) infäst i en vid apparathuset 10 fast fixerad hällare 25. Vid sin andra ände passerar torsions- stavfjädern genom ett i apparathusets ändgavel 13 anordnat lager 26 och är försedd med en radiellt riktad spärrarm 27, som samverkar med ett elektriskt styrt spärrdon 28.

Vid normal drift befinner sig snabbslutaren i öppet läge (fig 1), spänt tillstànd. Om spärrdonet 28 fär utlösningssignal, och spärrdonet 28 häller torsionsstavfjädern i exempelvis i händelse av en uppträdande felljusbäge i det ställverk där snabbslutaren är installerad, utlöses man- överenergin i den förspända torsionsstavfjädern, varvid de kortslutande kontaktarmarna 18 pä mycket kort tid (storleks- ordningen 1 ms) 23. förs in i de fasta kontakternas kontaktspàr I anslutning till säväl de fasta som rörliga kontakterna 21 resp 18 har anordnats skärmar 30 resp 29 för elektrisk fält- utjämning, sä att isolationsavständen mellan kontakterna i öppet läge kan minskas. Av samma skäl är apparathuset 10 fyllt med isolergas, exempelvis SF5.

Efter en kortslutningsmanöver äterställs snabbslutaren genom att torsionsstavfjädern spänns med t ex en momentnyckel eller ett motordrivdon 31, som dä kopplas till torsionsstav- fjäderns utskjutande axeltapp 32.

Vid det i fig 3 visade utförandet av snabbslutaren är kontaktplattan 17 fäst vid ett strömledande rör 16, vilket koaxiellt omsluter torsionsstavfjädern 14 och t ex genom bomförband, är fast fixerat vid fjädern vid dess till upp- o » v uno» o 10 15 20 25 30 35 515 106 000010 OUIQOO bomförband, är fast fixerat vid fjädern vid dess till upp- spänningsanordningen 31 änslutbara ände. Röret är vridbart lagrat i apparathusets ändgavlar 12, 13 och är fast förenat med spärrarmen 27. En flexibel ledare 33 för nollpunkts- jordning är ansluten till röret 16.

Hallaren 25 för fixering av fjäderns 14 ena ände till appararthuset är vid utförandet enligt fig 3 utformad pa sadant sätt, att fjäderns längd kan vara väsentligt större än den axiella längden hos den cylinderformade gasfyllda kavitet 34 i vilken kontaktsystemet är placerat.

Snabbslutaren enligt fig 4 och 5 är försedd med tva koaxiellt anordnade torsionsfjädrar, nämligen en inre stav- formad fjäder 14 och en yttre rörformad fjäder 15, vilka bada, vid respektive fjäders ena ände, är infästa i den vid apparathuset 10 fixerade hallaren 25. Den inre fjädern 14 är anordnad att förspännas med t ex en momentnyckel eller ett motordrivdon 31. Den yttre fjädern 15 förspännes av den inre fjädern 14, vilken för detta ändamàl är försedd med en spännklack 35. De bada fjädrarna kommer därvid att i för- spänt läge vara i mekanisk kontakt med varandra. Pa de bada fjädrarna 14 och 15 är stjärnformade kontaktplattor 17 resp 19 fästa, vilka uppvisar kontaktarmar 18 resp 20. Kontakt- plattorna 17, 19 behöver inte nödvändigtvis vara fästa direkt pa fjädrarna, utan kan i stället vara fästa pa ström- ledande rör, vilka i sin tur är fästa pa respektive fjäder pä liknande sätt som visats i fig 3. I öppet kontaktläge är kontaktarmarna 18, 20 belägna mitt emellan fasta dubbelkon- takter 22 (fig 4), vilka är avsedda att anslutas till fas- ledningarna i det flerfasnät som skall kortslutas. De fasta kontakterna är försedda med fjädrande kontakttungor, som mellan sig bildar kilformade spar 23 och 24, i vilka de kortslutande kontaktarmarna 18 resp 20 hos de bada torsions- fjädrarna löper in vid en kontaktslutning (fig 5).

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 i! 515 1-06 0000 nano Octane onto-u Genom att förse den torsionsfjäder 14 som spänner den andra fjädern 15 med förhållandevis lätta kontaktarmar 18 och den senare med tyngre och mer strömtàliga kontaktarmar 20 kommer de lättare kontaktarmarna att först nå de fasta kontakterna när slutaren utlöses med det elektriskt styrda spärrdonet 28. Denna utformning gör det möjligt att oberoende av var- andra inom vissa gränser välja snabbhet och strömtálighet genom att dimensionera fjädrarna med tillhörande kontakt- armar var för sig. PATENTKRAV

1. Elkopplare för àstadkommande av en snabb kortslutning av ett flerfasnät, k ä n n e t e c k n a d av att elkopp- laren innefattar _ - ett företrädesvis cirkulärcylindriskt apparathus (10), - en axiellt genom apparathuset sig sträckande axel, vil- ken innefattar en stavformig torsionsfjäder (14), vilken vid sin ena ände är fäst vid apparathuset och vid sin andra ände är anordnad att anslutas till en uppspänningsanordning (31), - ett mot antalet ledare i flerfasnätet svarande antal fasta kontakter (21), vilka är anordnade i ett normalplan till axeln och är vinkelförskjutna med jämna inbördes avstånd runt denna samt sträcker sig genom apparathusets vägg (11) för anslutning till nämnda ledare, - ett mot antalet fasta kontakter (21) svarande antal, av axeln uppburna kontaktarmar (18), vilka är elektriskt förbundna med varandra och belägna i nämnda normalplan samt radiellt utåtriktade, så att de i öppet kontaktläge är belägna i huvudsak mitt emellan de fasta kontakterna (21), samt 10 15 20 25 30 35 515 106 °s;g - ett elektriskt styrt spärrdon (28) för att under normal drift hålla elkopplaren i öppet läge med torsionsfjädern (14) spänd.

2. Elkopplare enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k- n a d av att axeln innefattar ett runt fjädern (14) anord- nat rör (16), vilket är fäst vid fjädern vid dess nämnda andra ände, varvid kontaktarmarna (18) är fixerade pà röret.

3. Elkopplare enligt nágot av föregående patentkrav k ä n n e t e c k n a d av att kontaktarmarna (18) bildar en stjärnformad kontaktplatta (17).

4. Elkopplare enligt nàgot av föregående patentkrav, av att axeln innefattar tvâ 15), inspända vid axelns ena ände och uppbär var sin sats (17, 20)/ (14) är anordnad att förspännas medelst nämnda uppspännings- k ä n n e t e c k n a d koaxiellt anordnade torsionsfjädrar (14, vilka är fast 19) av nämnda kontaktarmar (18, att den första fjädern anordning (31), medan den andra fjädern (15) är anordnad att via en enkelverkande koppling (35) förspännas av den första fjädern (14), som uppbärs av den första fjädern (14) är väsentligt lättare och att den sats (17) av kontaktarmarna (18) än den sats (19) som uppbärs av den andra fjädern (15).

5. Elkopplare enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k - n a d av att åtminstone den ena av nämnda torsionsfjädrar (14, strömledande rör, pá vilket respektive fjäders kontaktarmar 15) omslutes av ett vid respektive fjäder fäst (18 resp 20) är fästa.

6. Elkopplare enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d av att de fasta kontakterna upp- visar fjädrande eller fjäderpåverkade kontaktelement, vilka bildar kilformade spår (23, 24), kontaktarmarna (18, 20) i vilka de kortslutande löper in vid en kontaktslutning. 10 15 515 106 OÜOI 0060cc DOOOIO 10

7. Elkopplare enligt något av föregående patenkrav, k ä n n e t e c k n a d av att i anslutning till de fasta (21, 22) och rörliga kontakterna (18, 20) anordnats skärmar (30, 29) för elektrisk fältutjämning.

8. Elkopplare enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d av att apparathuset (10) innehåller isolergas, exempelvis SF5.

9. Elkopplare enligt något av föregående patentkrav, 16) med anslutningsorgan för jordningsledare (33). k ä n n e t e c k n a d av att axeln (14, är försedd

10. Användning av en elkopplare enligt något av föregående patentkrav såsom ljusbàgseliminator i ställverk.